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  <title>『操作系统』 进程的描述与控制 Part4 线程 - Chiam 的个人主页</title>

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            <h1 id="seo-header">『操作系统』 进程的描述与控制 Part4 线程</h1>
            
            
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                <h1 id="『操作系统』-进程的描述与控制-Part4-线程"><a href="#『操作系统』-进程的描述与控制-Part4-线程" class="headerlink" title="『操作系统』 进程的描述与控制 Part4 线程"></a>『操作系统』 进程的描述与控制 Part4 线程</h1><p>@[toc]</p>
<h1 id="2-8-线程及其实现"><a href="#2-8-线程及其实现" class="headerlink" title="2.8 线程及其实现"></a>2.8 线程及其实现</h1><p>1.线程的基本概念 2.线程的实现及控制</p>
<p><strong>引入进程 的目的：</strong><br>使多个程序能并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量。<br><strong>引入线程 的目的：</strong><br>应用的需要&#x2F; 开销的考虑&#x2F; 性能的提升</p>
<p><strong>开销的考虑</strong></p>
<p>（1）进程相关的操作：</p>
<ul>
<li>创建进程</li>
<li>撤消进程</li>
<li>进程通信</li>
<li>进程切换<br>→ 时间&#x2F;空间开销大，限制了并发度的提高。</li>
</ul>
<p>（2）线程的开销小</p>
<ul>
<li>创建一个新线程花费时间少（撤销亦如此）</li>
<li>两个线程切换花费时间少</li>
<li>线程之间相互通信无须调用内核（同一进程内的线程共享内存和文件）</li>
</ul>
<p><strong>性能的提升</strong></p>
<ul>
<li>多个线程，有的计算，有的 I&#x2F;O，进一步提高并发度。</li>
<li>充分利用多处理器的优势。</li>
</ul>
<h2 id="1-线程的概念"><a href="#1-线程的概念" class="headerlink" title="1.线程的概念"></a>1.线程的概念</h2><p>在同一进程增加了多个执行序列（线程）<br><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201107190605558.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzQ2MDIyNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center" srcset="/img/loading.gif" lazyload alt="在这里插入图片描述"><br><strong>（1）线程</strong>：进程中的一个运行实体，是 CPU 的调度单位,有时将线程称为轻量级进程<br><strong>进程与线程</strong></p>
<ul>
<li>进程是资源分配单位</li>
<li>线程是 CPU 执行单位<br><strong>多线程优点</strong></li>
<li>切换速度快（地址空间不变）</li>
<li>系统开销小</li>
<li>通讯容易（共享数据空间）<br><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201107190750785.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzQ2MDIyNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center" srcset="/img/loading.gif" lazyload alt="在这里插入图片描述"><br><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201107190851176.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzQ2MDIyNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center" srcset="/img/loading.gif" lazyload alt="在这里插入图片描述"><br><strong>（2）线程模型</strong><br>每个线程拥有自己的栈：局部变量、返回地址<br><strong>（3）线程控制块</strong></li>
<li><strong>TCB（Thread control block)</strong><br>标志线程存在的数据结构， 其中包含对线程管理需要的全部信息．</li>
<li><strong>内容</strong><br>线程标识、线程状态<br>调度参数、现场(通用寄存器,PC,SP)</li>
<li><strong>存放位置</strong><br>用户级线程：目态空间<br>核心级线程：管态空间</li>
</ul>
<p><strong>（4）线程的属性</strong>：并发性、共享性、动态性</p>
<ul>
<li>轻型实体：只有一点必不可少的、能保证独立运行的资源</li>
<li>CPU 调度的基本单位</li>
<li>可并发执行</li>
<li>共享进程资源</li>
</ul>
<p><strong>（5）线程的优点</strong></p>
<ul>
<li>快速切换；</li>
<li>易于通信；</li>
<li>并行度高；</li>
<li>节省内存；</li>
<li>减少管理开销。</li>
</ul>
<p><strong>（6）线程的基本状态</strong></p>
<ul>
<li>执行状态</li>
<li>就绪状态</li>
<li>阻塞状态</li>
</ul>
<p><strong>（7）线程的创建和终止</strong></p>
<ul>
<li><p><strong>线程的创建</strong><br>利用线程创建函数(或系统调用)；<br>创建成功后，返回一个线程标识符。</p>
</li>
<li><p><strong>线程的终止方式</strong><br>自愿退出<br>被其它线程强行终止</p>
</li>
</ul>
<p><strong>（8）线程与进程的比较</strong></p>
<ul>
<li>线程：作为 CPU 调度单位。<br>线程只拥有必不可少的资源，如：线程状态、寄存器上下文和栈<br>同样具有就绪、阻塞和执行三种基本状态</li>
<li>进程：其它资源分配单位（存储器、文件、IO 等）。</li>
<li>调度：线程作为 CPU 调度的基本单位，而进程只作为其它资源分配单位。</li>
<li>并发性：进程之间可以并发，且一个进程的多个线程之间亦可并发。</li>
<li>拥有资源：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享资源。某进程内的线程在其它进程不可见。</li>
<li>系统开销：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。</li>
</ul>
<h3 id="练习题"><a href="#练习题" class="headerlink" title="练习题"></a>练习题</h3><p><strong>1.</strong> 线程机制中，一个进程可以对应多个线程，一个线程也可以对应若干个进程。<br><strong>解答：</strong> 错！<br>一个进程可以拥有若干个线程，线程从属于该进程，同一进程内所有线程共享该进程的地址空间，而不同进程之间的地址空间是完全独立的，如果一个线程可以对应若干个进程，那么也就意味着不同进程之间的地址空间可以共享，这显然是不合适的。</p>
<h2 id="2-线程的实现及控制"><a href="#2-线程的实现及控制" class="headerlink" title="2.线程的实现及控制"></a>2.线程的实现及控制</h2><ul>
<li>用户级线程——User-level thread</li>
<li>核心级线程——Kernel-level thread</li>
<li>混合线程——Hybrid approach</li>
</ul>
<p><strong>（1）用户级线程和内核支持线程</strong></p>
<ul>
<li><strong>内核支持线程</strong>，它们是依赖于内核的，即无论是用户进程中的线程，还是系统进程中的线程，它们的创建、撤消、切换都由内核实现。</li>
<li><strong>用户级线程</strong>，对于这种线程的创建、撤消、和切换，都不用系统调用来实现。内核并不知道用户级线程的存在。</li>
</ul>
<p><strong>（2）核心级线程</strong></p>
<ul>
<li>所有线程管理由核心完成</li>
<li>没有线程库，但核心提供 API</li>
<li>核心维护进程和线程的上下文</li>
<li>线程之间的切换需要核心支持</li>
<li>以线程为基础进行调度<br><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201107193341617.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzQ2MDIyNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center" srcset="/img/loading.gif" lazyload alt="在这里插入图片描述"><br>当一个线程想去创建一个新线程或撤消已存在的线程时，它发出一个内核调用，完成创建和回收工作。<br><strong>实现方法：</strong></li>
<li>基于系统调用</li>
<li>创建、撤销、状态转换由操作系统完成</li>
</ul>
<p><strong>优点：</strong></p>
<ul>
<li>对多处理器，核心可以同时调度同一进程的多个线程</li>
<li>某线程阻塞，其它线程仍可执行</li>
</ul>
<p><strong>缺点：</strong></p>
<ul>
<li>应用程序线程在用户态运行，而线程调度和管理在内核实现,在同一进程中，控制权从一个线程传送到另一个线程时需要用户态-内核态-用户态的模式切换，系统开销较大。</li>
<li>调度算法不能灵活控制</li>
</ul>
<p><strong>（3）用户级线程</strong><br><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/2020110719365990.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzQ2MDIyNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center" srcset="/img/loading.gif" lazyload alt="在这里插入图片描述"><br>运行时系统：用于管理和控制线程的函数集合。<br><strong>（4）线程库</strong><br>提供线程运行管理系统：</p>
<ul>
<li>创建、撤消线程</li>
<li>在线程之间传递消息和数据</li>
<li>调度线程执行</li>
<li>保护和恢复线程上下文</li>
</ul>
<p>用户级的线程库能在不支持线程的操作系统中实现线程</p>
<ul>
<li>切换效率高</li>
<li>允许每一个进程有自已定制的调度算法</li>
</ul>
<p><strong>实现方法：</strong></p>
<ul>
<li>基于 library 函数，系统不可见</li>
<li>线程创建、撤销、状态转换在目态完成</li>
<li>TCB 在用户空间，每个进程一个系统栈</li>
</ul>
<p><strong>优点：</strong></p>
<ul>
<li>不依赖于操作系统，调度灵活</li>
<li>切换无须从目态到管态，速度快</li>
<li>ULT 可运行在任何操作系统上（只需要线程库），可以在一个不支持线程的 OS 上实现</li>
</ul>
<p><strong>缺点：</strong></p>
<ul>
<li>核心只将处理器分配给进程，在多处理机中同一进程中多个线程不能真正并行</li>
<li>一个线程进入系统受阻，进程中其它线程不能执行</li>
</ul>
<h3 id="例题"><a href="#例题" class="headerlink" title="例题"></a>例题</h3><p><strong>1.</strong> 设进程 A 拥有 1 个用户级线程，进程 B 拥有 100 个用户级线程，则在系统调度时各占用几个时间片？<br><strong>答</strong>：1 个<br><strong>2.</strong> 设进程 A 拥有 1 个内核级线程，进程 B 拥有 100 个内核级线程，则在系统调度时各占用几个时间片？<br><strong>答</strong>：A:1 个;B:100 个</p>
<p><strong>用户级线程与核心级线程的比较</strong><br><img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201107194240641.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzQ2MDIyNA==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center" srcset="/img/loading.gif" lazyload alt="在这里插入图片描述"><br><strong>（5）混合线程</strong></p>
<ul>
<li>在混合式线程系统中，内核支持 KLT 多线程的建立、调度和管理；</li>
<li>同时,也提供线程库，允许用户应用程序建立、调度和管理 ULT；</li>
<li>一个应用程序的多个 ULT 映射成一些 KLT,程序员可按应用需要和机器配置调整 KLT 数目，以达到较好效果；</li>
<li>混合式中，一个应用中的多个线程能同时在多处理器上并行运行，且阻塞一个线程时并不需要封锁整个进程。如果设计得当，混合式多线程机制能够结合了两者优点，舍去缺点。</li>
</ul>
<h3 id="练习题-1"><a href="#练习题-1" class="headerlink" title="练习题"></a>练习题</h3><p><strong>1.</strong> 在以下描述中，（C）并不是多线程系统的特长。<br>A. 利用线程并行地执行矩阵的乘法运算<br>B. Web 服务器利用线程响应 HTTP 请求<br>&#x3D;&#x3D;C. 键盘驱动程序为每一个正在运行的应用配备一个线程，用以响应该应用的键盘输入&#x3D;&#x3D;<br>D. 基于 GUI 的调试程序用不同的线程分别处理用户输入、计算和跟踪等操作</p>
<p><strong>2.</strong> 同一进程中的多个线程有哪些成分是共用的，哪些成分是私用的？<br><strong>答：</strong> 线程的公有成分包括:<br>代码区、数据区、动态堆空间。<br>线程的私有成分包括：<br>线程控制块；<br>一个执行栈；<br>运行时动态分给线程的寄存器。</p>
<p><strong>3.</strong> [2012 考研试题 31]下列关于进程和线程的叙述中，正确的是(A)<br>&#x3D;&#x3D;A．不管系统是否支持线程，进程都是资源分配的基本单位&#x3D;&#x3D;<br>B．线程是资源分配的基本单位，进程是调度的基本单位<br>C．系统级线程和用户级线程的切换都需要内核的支持<br>D．同一进程中的各个线程拥有各自不同的地址空间</p>
<p><strong>4.</strong> 在支持多线程的系统中，进程 P 创建的若干线程不嗯呢该共享的事（D）<br>A.进程的代码段<br>B.进程 P 中打开的文件<br>C.进程 P 的全局变量<br>&#x3D;&#x3D;D.进程 P 中某线程的栈指针&#x3D;&#x3D;</p>
<p><strong>5.</strong> 下列对线程的描述中，(B)是错误的。<br>A．不同的线程可执行相同的程序<br>&#x3D;&#x3D;B．线程是资源分配单位&#x3D;&#x3D;<br>C．线程是调度和执行单位<br>D．同一进程中的线程可共享该进程的主存空间</p>
<p><strong>6.</strong> 以下说法中哪个是正确的？（C）<br>A.线程是进程中可独立执行的子任务，一个进程可以包含一个或多个线程，一个线程可以属于一个或多个进程。<br>B.线程又称为轻型进程，因为线程都比进程小。<br>&#x3D;&#x3D;C.多线程技术具有明显的优越性，如速度快、通信简便、并行性高等。&#x3D;&#x3D;<br>D.由于线程不作为资源分配单位，线程之间可以无约束地并行执行。</p>
<p>**7.**进程与线程的根本区别是（C）<br>A．进程要占用一个进程控制块，开销较大，而线程无此开销<br>B．进程会增加死锁的机会，而线程有效避免了这一问题<br>&#x3D;&#x3D;C. 进程是资源分配单位，而线程是调度和执行的单位&#x3D;&#x3D;<br>D. 进程是调度和执行的单位，而线程是资源分配单位</p>
<p><strong>8.</strong> 用户级线程执行时，同一进程不同线程的切换不需要内核支持。<br><strong>答：</strong> 正确</p>
<p><strong>9.</strong> 在支持线程的操作系统中，同一个进程中的各个线程共享该进程的用户栈。<br><strong>答：</strong> 错误</p>

                
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      <div>『操作系统』 进程的描述与控制 Part4 线程</div>
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          <div>作者</div>
          <div>Chiam</div>
        </div>
      
      
        <div class="license-meta-item license-meta-date">
          <div>发布于</div>
          <div>2023年12月6日</div>
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                <a class="print-no-link" target="_blank" href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
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                        <span class="hidden-mobile">『操作系统』内存管理-虚页面管理之页面置换算法</span>
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                      <a href="/2023/12/06/%E3%80%8E%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E3%80%8F%20%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E7%9A%84%E6%8F%8F%E8%BF%B0%E4%B8%8E%E6%8E%A7%E5%88%B6%20Part3%20%E7%AE%A1%E7%A8%8B/" title="『操作系统』 进程的描述与控制 Part3 管程">
                        <span class="hidden-mobile">『操作系统』 进程的描述与控制 Part3 管程</span>
                        <span class="visible-mobile">下一篇</span>
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    Fluid.utils.loadComments('#valine', function() {
      Fluid.utils.createScript('https://lib.baomitu.com/valine/1.5.1/Valine.min.js', function() {
        var options = Object.assign(
          {"appId":"fIfc7WqUDZohlQuPc2lz5mJy-MdYXbMMI","appKey":"zjlAG3ZA3o4cBHVAkjzc2Z20","path":"window.location.pathname","placeholder":"留言仅限讨论，禁止广告等行为","avatar":"retro","meta":["nick","mail","link"],"requiredFields":[],"pageSize":10,"lang":"zh-CN","highlight":false,"recordIP":false,"serverURLs":"https://fifc7wqu.api.lncldglobal.com","emojiCDN":null,"emojiMaps":null,"enableQQ":false},
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            el: "#valine",
            path: window.location.pathname
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        )
        new Valine(options);
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    <i class="iconfont icon-list"></i>
    <span>目录</span>
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        <h4 class="modal-title w-100 font-weight-bold">搜索</h4>
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    </div>
  
  
  
  
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    NProgress.configure({"showSpinner":false,"trickleSpeed":100})
    NProgress.start()
    window.addEventListener('load', function() {
      NProgress.done();
    })
  </script>


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      var typing = Fluid.plugins.typing;
      var subtitle = document.getElementById('subtitle');
      if (!subtitle || !typing) {
        return;
      }
      var text = subtitle.getAttribute('data-typed-text');
      
        typing(text);
      
    })(window, document);
  </script>




  
    <script  src="/js/img-lazyload.js" ></script>
  




  
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    var boardTop = boardCtn.offset().top;

    window.tocbot.init(Object.assign({
      tocSelector     : '#toc-body',
      contentSelector : '.markdown-body',
      linkClass       : 'tocbot-link',
      activeLinkClass : 'tocbot-active-link',
      listClass       : 'tocbot-list',
      isCollapsedClass: 'tocbot-is-collapsed',
      collapsibleClass: 'tocbot-is-collapsible',
      scrollSmooth    : true,
      includeTitleTags: true,
      headingsOffset  : -boardTop,
    }, CONFIG.toc));
    if (toc.find('.toc-list-item').length > 0) {
      toc.css('visibility', 'visible');
    }

    Fluid.events.registerRefreshCallback(function() {
      if ('tocbot' in window) {
        tocbot.refresh();
        var toc = jQuery('#toc');
        if (toc.length === 0 || !tocbot) {
          return;
        }
        if (toc.find('.toc-list-item').length > 0) {
          toc.css('visibility', 'visible');
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      }
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  });
</script>


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      placement: CONFIG.anchorjs.placement,
      visible  : CONFIG.anchorjs.visible
    };
    if (CONFIG.anchorjs.icon) {
      window.anchors.options.icon = CONFIG.anchorjs.icon;
    }
    var el = (CONFIG.anchorjs.element || 'h1,h2,h3,h4,h5,h6').split(',');
    var res = [];
    for (var item of el) {
      res.push('.markdown-body > ' + item.trim());
    }
    if (CONFIG.anchorjs.placement === 'left') {
      window.anchors.options.class = 'anchorjs-link-left';
    }
    window.anchors.add(res.join(', '));

    Fluid.events.registerRefreshCallback(function() {
      if ('anchors' in window) {
        anchors.removeAll();
        var el = (CONFIG.anchorjs.element || 'h1,h2,h3,h4,h5,h6').split(',');
        var res = [];
        for (var item of el) {
          res.push('.markdown-body > ' + item.trim());
        }
        if (CONFIG.anchorjs.placement === 'left') {
          anchors.options.class = 'anchorjs-link-left';
        }
        anchors.add(res.join(', '));
      }
    });
  });
</script>


  
<script>
  Fluid.utils.createScript('https://lib.baomitu.com/fancybox/3.5.7/jquery.fancybox.min.js', function() {
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